CN203259588U - 雷电过电压测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种雷电过电压测量系统，其包括雷电过电压传感器、高速数据采集处理单元和太阳能供电系统。所述雷电过电压传感器采用高速电容分压器实现，其通过高速电容分压的操作，能够采集到雷电过电压时的瞬间电压。所述高速数据采集处理单元从所述雷电过电压传感器获取所述低电压信号，首先经过所述模数转换器的模数转换，然后在所述缓存器中缓存，处理器读取所述缓存器中的数据然后进行处理。所述太阳能供电系统能够为本实用新型的雷电过电压测量系统提供能源，无需连接一般的交流电网电源，避免测量雷击产生的高电压对交流电网的影响。

Description

雷电过电压测量系统

技术领域

本实用新型涉及雷电监测的技术领域，特别是涉及一种雷电过电压测量系统。

背景技术

据不完全统计，我国每年因雷击造成人员伤亡达3000～4000人，财产损失更是达到惊人的200亿元，雷电灾害已成为破坏性日趋严重的气象灾害之一。雷电带来的电磁暂态现象属于电磁污染范围，而电磁污染是世界公认的继水质污染、大气污染、噪声污染之后的第四大污染。随着工农业生产和人民生活的现代化，对铁路、航空、金融、电力、电信、电视、网络等服务系统和设施可靠性及服务质量要求也越来越高，人类活动对这些公用事业的依赖性也越来越大，对雷电防护提出了更高的要求，因此对雷电过电压准确测量显得越来越重要。

从电力系统的角度出发，雷电已经成为了电力系统故障的最主要原因，无论是线路、变电站还是用电设备，如何使它们能够更好地抵御雷电和雷电感应产生的电磁暂态过程的冲击是电力系统雷电防护中最为关心的问题，这需要建立在对雷电的放电过程和雷电过电压的各项参数有充分认识和了解的基础上。

目前对雷电过电压特征参数的研究大都依靠模拟和仿真的方法，而对输配电的雷电过电压特征参数，包括波形、幅值、上升时间、持续时间等都缺少实际数据。如何能够获得真实的雷电过电压数据，这对于雷电放电过程的认识和雷电过电压及其空间场的研究都十分有意义。

实用新型内容

针对上述背景技术中存在的对于雷电过电压无法准确测量的技术问题，本实用新型提供一种雷电过电压测量系统，能够对雷击造成的雷电过电压准确地测量，获得准确的雷电过电压测量数据。

一种雷电过电压测量系统，包括雷电过电压测量装置，所述雷电过电压测量装置包括雷电过电压传感器、高速数据采集处理单元、太阳能供电系统，所述高速数据采集处理单元与所述雷电过电压传感器及所述太阳能供电系统连接；所述雷电过电压传感器为高速电容分压器，所述高速数据采集处理单元包括处理器、模数转换器、缓存器和控制电路，所述处理器通过所述缓存器连接所述模数转换器，所述模数转换器连接所述雷电过电压传感器；所述处理器连接所述控制电路，所述控制电路连接所述雷电过电压传感器。

与现有技术相比较，本实用新型的雷电过电压测量系统设置的雷电过电压传感器采用高速电容分压器实现，其通过高速电容分压的操作，能够采集到雷电过电压时的瞬间电压。由于雷电过电压幅值往往很高，基本为上百kV量级的，且上升沿往往只有几百ns到几μs，所以使用高速电容分压器能够较好地检测到雷电过电压时的电压变化情况，将雷电过产生的高电压信号转换为低电压信号。所述高速数据采集处理单元从所述雷电过电压传感器获取所述低电压信号，首先经过所述模数转换器的模数转换，然后在所述缓存器中缓存，处理器读取所述缓存器中的数据然后进行处理。所述太阳能供电系统能够为本实用新型的雷电过电压测量系统提供能源，无需连接一般的交流电网电源，避免测量雷击产生的高电压对交流电网的影响。

附图说明

图1是本实用新型雷电过电压测量系统的结构示意图；

图2是本实用新型雷电过电压测量系统的高速数据采集处理单元的结构示意图；

图3是本实用新型雷电过电压测量系统一种优选实施方式的结构示意图；

图4是本实用新型雷电过电压测量系统的前端监控终端一种优选实施方式的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本实用新型雷电过电压测量系统的结构示意图。

所述雷电过电压测量系统包括：雷电过电压测量装置10，所述雷电过电压测量装置10包括雷电过电压传感器11、高速数据采集处理单元12、太阳能供电系统13，所述高速数据采集处理单元12与所述雷电过电压传感器11及所述太阳能供电系统13连接；

所述雷电过电压传感器11为高速电容分压器。

请参阅图2，图2是本实用新型雷电过电压测量系统的高速数据采集处理单元的结构示意图。

所述高速数据采集处理单元12包括处理器121、模数转换器122、缓存器123和控制电路124，所述处理器121通过所述缓存器123连接所述模数转换器122，所述模数转换器122连接所述雷电过电压传感器11；所述处理器121连接所述控制电路124，所述控制电路124连接所述雷电过电压传感器11。

与现有技术相比较，本实用新型的雷电过电压测量系统设置有雷电过电压传感器，设置有雷电过电压传感器，所述雷电过电压传感器采用高速电容分压器实现，其通过高速电容分压的操作，能够采集到雷电过电压时的瞬间电压。由于雷电过电压幅值往往很高，基本为上百kV量级的，且上升沿往往只有几百ns到几μs，所以使用高速电容分压器能够较好地检测到雷电过电压时的电压变化情况，将雷电过产生的高电压信号转换为低电压信号。所述高速数据采集处理单元从所述雷电过电压传感器获取所述低电压信号，首先经过所述模数转换器的模数转换，然后在所述缓存器中缓存，处理器读取所述缓存器中的数据然后进行处理。所述太阳能供电系统能够为本实用新型的雷电过电压测量系统提供能源，无需连接一般的交流电网电源，避免测量雷击产生的高电压对交流电网的影响。

所述雷电过电压传感器11采用高速电容分压器，通过电磁耦合把大的雷电过电压转化为低电压信号。频带宽、量程大，能够用于实测输配电线路杆塔的雷电过电压。

所述高速数据采集处理单元12对电容分压器耦合出来的电压信号进行高速采集，保证信号的完整性和精确度。

而在高电压、大电流的强电场环境中，以微电子线路为主体的微处理器、计算机及网络等监测装置常受到强电磁辐射、雷电冲击、高频噪声和谐波干扰等影响，引起系统可靠性降低，轻则造成系统工作特性下降或产生误动作，重则系统“死机”。

因此，在一个实施例中，所述高速数据采集处理单元12还包括屏蔽盒，所述处理器121、模数转换器122、缓存器123和控制电路124都设置在所述屏蔽盒内。

进一步地，所述雷电过电压测量装置10还可设置双层屏蔽线，所述高速数据采集处理单元12通过所述双层屏蔽线连接所述雷电过电压传感器11。

所述双层屏蔽线包括内屏蔽层和外屏蔽层，所述外屏蔽层在靠近被测量绝缘子的一端接地，所述内屏蔽层在靠近所述雷电过电压传感器11的一端接地。

在一个实施例中，所述雷电过电压测量装置10中所有外露的信号传递导线均采用双层屏蔽线，其中，所述双层屏蔽线的外屏蔽层在靠近铁塔绝缘子的铁头接地，而内屏蔽层在检测装置位置接地。除少数传感器外，整个所述高速数据采集处理单元12都置于完全屏蔽的屏蔽盒中，而对于传感器的输入接口，也采用了防渗、防干扰等措施，确保接口的可靠性。系统工作环境除了有强电场干扰外，还存在强磁场干扰，所以系统特别采用双层屏蔽线引入采集到的信号和屏蔽盒内层隔离的方法，防止强磁场干扰。

在一个实施例中，所述太阳能供电系统13包括太阳能电池板和蓄电池，所述太阳能电池板连接所述蓄电池，所述蓄电池连接所述高速数据采集处理单元12的电源输入端。所述太阳能供电系统13采用太阳能电池板对蓄电池进行浮充的供电方式，在一个实施例中，进一步采用微处理器监测模块对太阳能和蓄电池进行实时的监测，严格按照蓄电池的充放电特性曲线进行充放电控制，大大延长了蓄电池的使用寿命。

在一个实施例中，所述蓄电池采用12V、103Ah蓄电池，所述太阳能电池板采用4块组合的太阳能电池板构成，其功率为120W。所述12V、103Ah蓄电池即使在连续30天无阳光的情况下也可保证系统正常运行，加上4块共计120W的太阳能电池板后，可以为系统的常年运行提供充足的能量。

请参阅图3，图3是本实用新型雷电过电压测量系统一种优选实施方式的结构示意图。

本实施方式的所述雷电过电压测量系统主要区别在于，其还包括前端监控终端20和后台主站系统30。

请一并参阅图4，图4是本实用新型雷电过电压测量系统的前端监控终端一种优选实施方式的结构示意图。

所述前端监控终端20包括：雷电波采集传感器21、主处理器单元22、通信模块23和供电单元24；

所述雷电波采集传感器21连接所述高速数据采集处理单元12，将采集的雷电波信号传输至所述主处理器单元22，所述主处理单元22连接所述雷电波采集传感器21、所述通信模块23和所述供电模块24，所述主处理单元22对所述雷电波信号进行处理，将处理后的所述雷电波信号传输至所述通信模块23，所述通信模块23将所述雷电波信号发送至所述后台主站系统30。

所述前端监测终端20优选安装在线路杆塔上，采集传感器数据，所述通信模块23优选通过GPRS网络将所述雷电波信号发送至在Internet上的所述后台主站系统30。所述通信模块23通过GPS装置进行同步定位，确定雷电信号的时间和地址，利用GPRS进行无线数据传输。

所述后台主站系统30通过网络接收所述雷电波信号，并根据所述雷电波信号进行雷电过电压分析监控。

其中，所述后台主站系统30上设置专家分析控制系统。

所述专家分析控制系统包括：数据接收模块，用于接收通过网络传输的所述雷电波信号；波形查看模块，用于根据接收的雷电波信号展示雷电波信号的波形。所述专家分析控制系统的操作系统可以选用Windows XP等常用的操作系统。

通过专家分析控制系统可以建立线路、杆塔档案；进行雷电波形及其参数查询。所有客户端可以随时登陆所述专家分析控制系统对其中的数据进行各种查询、浏览、打印、存档。

本实用新型的雷电过电压测量系统包括数据采集终端层、基站通讯层、专家分析控制系统层。所述数据采集终端层包括雷电过电压传感器11、高速数据采集处理单元12、太阳能供电系统13；所述基站通讯层包括前端监控终端20和后台主站系统30；所述专家分析控制系统层为安装在所述后台主站系统30中的专家分析控制系统。

该数据采集终端层通过模拟监控设备把雷电过电压转化为弱电信号，完成信号的高速精确采集，并保证整个系统的供电安全。

基站通讯层的前端监测终端安装在线路杆塔上，采集传感器数据，通过GPRS网络传送到在Internet上的后台主站系统。

该后台主站系统是用于远程接收系统测得的雷电过电压波形信号，并对系统进行远程控制，保证系统稳定运行。

所述后台主站系统可以通过人机交互界面，提供菜单操作，由下拉式菜单和弹出式菜单组成，通过菜单实现人机交换，其中的专家分析控制系统是用于远程接收测得的雷电过电压波形信号，并对系统进行远程控制，保证系统稳定运行。

与现有技术相比较，本实用新型还具有以下有益效果：

（1）可靠性和稳定性：具有足够的抗干扰能力和自恢复能力，保证测量系统及通讯网络稳定可靠的运行；

（2）可扩展性：多通道雷电过电压测量系统通过无线网络通信，不受电网规模的影响，可以根据需要在不同的地点安装多通道雷电过电压测量系统，可以很方便地对监测系统进行扩展。

（3）简单易用性：专家系统界面友好易懂，操作简便，管理人员在办公室就可及时、准确地了解到雷电过电压特征参数。

（4）可维护性：通过系统提供的系统维和状态自检功能，可以远程监控系统的运行状态，如太阳能电池输出电压，便于系统的维护。

（5）实时性：无线网络通过GPRS网络，覆盖范围广，信号质量有保证，可以确保远程通讯的实时性，设备状态信息和雷电过电压波形参数能够实时准确的在软件系统中反映出来。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种雷电过电压测量系统，其特征在于，包括雷电过电压测量装置，所述雷电过电压测量装置包括雷电过电压传感器、高速数据采集处理单元、太阳能供电系统，所述高速数据采集处理单元与所述雷电过电压传感器及所述太阳能供电系统连接；

所述雷电过电压传感器为高速电容分压器，所述高速数据采集处理单元包括处理器、模数转换器、缓存器和控制电路，所述处理器通过所述缓存器连接所述模数转换器，所述模数转换器连接所述雷电过电压传感器；所述处理器连接所述控制电路，所述控制电路连接所述雷电过电压传感器。

2.如权利要求1所述的雷电过电压测量系统，其特征在于，所述太阳能供电系统包括太阳能电池板和蓄电池，所述太阳能电池板连接所述蓄电池，所述蓄电池连接所述高速数据采集处理单元的电源输入端。

3.如权利要求2所述的雷电过电压测量系统，其特征在于，所述蓄电池采用12V、103Ah蓄电池，所述太阳能电池板采用4块组合的太阳能电池板板构成，其功率为120W。

4.如权利要求1所述的雷电过电压测量系统，其特征在于，所述高速数据采集处理单元还包括屏蔽盒，所述处理器、模数转换器、缓存器和控制电路都设置在所述屏蔽盒内。

5.如权利要求4所述的雷电过电压测量系统，其特征在于，所述雷电过电压测量装置还包括双层屏蔽线，所述高速数据采集处理单元通过所述双层屏蔽线连接所述雷电过电压传感器。

6.如权利要求5所述的雷电过电压测量系统，其特征在于，所述双层屏蔽线包括内屏蔽层和外屏蔽层，所述外屏蔽层在靠近被测量绝缘子的一端接地，所述内屏蔽层在靠近所述雷电过电压传感器的一端接地。

7.如权利要求1所述的雷电过电压测量系统，其特征在于，所述雷电过电压测量系统还包括前端监控终端和后台主站系统；

所述前端监控终端包括：雷电波采集传感器、主处理器单元、通信模块和供电单元；

所述雷电波采集传感器连接所述高速数据采集处理单元，将采集的雷电波信号传输至所述主处理器单元，所述主处理单元连接所述雷电波采集传感器、所述通信模块和所述供电模块，所述主处理单元对所述雷电波信号进行处理，将处理后的所述雷电波信号传输至所述通信模块，所述通信模块将所述雷电波信号发送至所述后台主站系统。

8.如权利要求7所述的雷电过电压测量系统，其特征在于，所述通信模块通过GPRS网络将所述雷电波信号发送至所述后台主站系统。

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